“酵母菌的應用”校本課程的開發實例

劉曉菊

生物學科與生產生活聯系緊密，在校本課程開發方面存在著很大空間，如我校開設了“校園植物分類調查”“我縣常見農作物生理與增產常識”等內容的選學校本課程。這些課程使學生能把理論上的生物學拉近到生活中，親身體驗，避免了“紙上談兵”的現象，對學生將來走向社會、適應社會有很大的好處，有利于提高學生的生物學學科核心素養。學生參與的積極性很高，并且在結課后往往能與家長共同實踐、交流并反饋給任課教師一些建議。

下面以我校校本課程開設的一個典型實例——“酵母菌的應用”為例來說明校本課程的。

1課程開設背景

河北秦皇島市屬于全國聞名的旅游城市，秦皇島市盧龍縣是古代“孤竹國”之中心，這里盛產葡萄。每9、10月份，游客云集，紛紛來采摘葡萄，旅游發展的同時帶動了葡萄酒的銷售。這是我縣縣域經濟的一條支柱產業，葡萄酒是怎么釀制的呢？高中生物課程中也涉及這部分內容。在此背景下，筆者所在學校嘗試開設了“酵母菌的應用”這一校本課程，讓學生親自動手把常吃的“葡萄”變成美味的“葡萄酒”;此外，還教會了學生利用酵母菌“發面”蒸饅頭，培養學生善于運用所學知識、從勞動實踐中獲得知識的科學素養。

2課程內容要求

“酵母菌的應用”校本課程共開設7課時，授課對象為對“酵母菌的細胞呼吸”相關知識已經有所了解的高中二年級的學生?！袄媒湍妇勚破咸丫啤惫?課時，此課程開設需要在9月下旬到10月中旬葡萄成熟的季節開設，“利用酵母菌發面蒸饅頭”共2課時，沒有時間季節的要求。

3課程實施過程：

3.1資料搜集（1課時）

學生課前搜集資料，并分5個小組展示以下內容：酵母菌種類、分布、代謝、結構及特點等相關知識，第六組收集并概括介紹酵母菌在生產生活上的應用。學生的課前搜集活動結果如下：

（1）酵母菌種類較多，目前已知100多個屬，有700多種。

（2）酵母菌分布廣泛，在水果、蔬菜、花蜜和植物葉子的表面以及果園的土壤里。在牛奶、動物的排泄物以及空氣中也有酵母菌存在。大多數營腐生生活，少數營寄生生活。

（3）酵母菌為單細胞生物，營腐生或寄生生活，是一種兼性厭氧微生物，在有氧氣時主要進行有氧呼吸，把葡萄糖分解為CO2和H2O無氧時進行無氧呼吸，產生酒精和CO2。其生殖方式在環境條件良好時通常為出芽生殖，發育到一定階段時也可進行孢子生殖。

（4）酵母菌作為單細胞生物，屬于真核細胞，具有以下結構：細胞壁、細胞膜、細胞核、液泡、線粒體、內質網及其他內含物等，有的菌體還有出芽痕。酵母菌的細胞壁與植物細胞壁、細菌細胞壁成分不同，由甘露聚糖和葡聚糖構成。酵母細胞的細胞壁厚度0.1-0.3um，對細胞內部起到保護作用。酵母菌含有單層膜包被的液泡，內含水、有機酸、鹽類、和水解酶類，還有一些貯藏顆粒（如脂肪粒、異染顆粒等）。

（5）酵母菌特點小結：個體一般以單細胞狀態存在;多數營出芽繁殖;能利用糖類代謝釋放能量，無氧環境時可進行酒精發酵;細胞壁常含甘露聚糖、葡聚糖等成分;常生活在含糖量較高、酸度較大的水生環境中。

（6）酵母菌的應用：

①酵母菌在食品方面的應用主要是：釀酒、制作面包、生產調味品等。

②酵母菌在在醫藥方面的應用有生產酵母片、核糖核酸、核黃素、細胞色素C、B族維生素、一些酶類等。

③酵母菌在化工方面的應用：如使石油脫臘、以石油為原料生產檸檬酸等。

④酵母菌在農業方面可用于生產飼料（例如單細胞蛋白SCP）。

⑤酵母菌在生物工程方面可作為基因工程的受體菌，例如利用酵母菌生產人的胰島素。

3.2學生展示“家庭釀制葡萄酒”的原理和方法（1課時）

由家住本縣產葡萄旅游區并曾隨母親做過“家庭葡萄酒釀造”工作的學生介紹“家庭釀制葡萄酒”的原理和方法。

（1）利用酵母菌釀酒的原理：在釀酒酵母菌作用下將果汁中的葡萄糖等發酵生成酒精并且產生二氧化碳。在這個復雜的生化過程，在酵母菌體內一系列酶的作用下，在無氧條件下通過發酵作用而完成的。其過程中生成的乙醇（即酒精），在繼續陳釀的過程中再與酒中含有的其他有機酸進一步，反應形成具有特殊芳香的酯類物質，并且葡萄果實中的花青素等有益物質溶解在酒中，使酒質色澤美觀、清晰透明、口感醇和，滋味芳香。

（2）利用酵母菌釀酒的方法：

準備材料和用具：選好約5kg葡萄除去梗和雜質并用清水清洗干凈并晾干水分備用，稱取釀酒酵母10g果膠酶1g白砂糖250 g。器皿：釀酒用大口玻璃瓶2個（開水燙過消毒）、紗布一塊、塑料虹吸管一條、儲存酒用的專用木桶一個（2000-3000 mL）。

開始釀酒：

①加料：向玻璃瓶中先加入用手捏碎的葡萄若干（約占瓶子容積的3/4），然后加入適量用葡萄汁活化（即用葡萄汁溶解）的釀酒酵母，果膠酶0.5 g，白砂糖250 g，并進行一次倒瓶（從一個瓶中倒入另一個瓶中），目的是讓葡萄與輔料混合均勻，同時也使酵母菌在瓶內分散均勻。

②蓋好紗布封住瓶口靜置，不能蓋蓋子完全密封（為的是讓酵母菌有氧呼吸，大量繁殖），靜置12 h后，酒汁會變成了紅色，因產生CO2氣體而起帽，要用不銹鋼勺壓帽。

③室溫下發酵4-6 d后，瓶內會分三層，最上部是較輕的葡萄皮，中間是酒，下部是死亡的酵母菌和葡萄子等較重的沉淀。此時，主發酵就基本結束，釀成新酒，分離皮渣，用塑料管虹吸，將酒吸入另一消過毒的瓶中。

④7-9 d后密封陳釀。此時，酵母菌進行無氧呼吸，進一步生成酒精和CO2，酒精與酒中含有的有機酸進一步反應形成具有特殊芳香的酯類物質，陳釀期間需要隔段時間開蓋放氣一次，防止炸瓶。

⑤最后陳釀，用虹吸法把酒虹吸入木桶，保持滿桶（利于給酵母菌創造無氧環境，進一步發酵產生酒精），密封陳釀1個月左右，釀酒即成。

3.3小組實踐（共3課時）

第3課時：分小組實踐釀酒。全班分成8個實驗小組，在教師幫助下分組釀制葡萄酒。學生到實驗室準備材料和用具，并按上一節課所學，進行釀酒第一步瓶內加料、倒瓶等工作，并蓋好紗布靜置。

第4課時：靜置12 h后，酒汁已經變成紅色，并且瓶內起帽。各組觀察后，用消毒不銹鋼勺進行壓帽處理，此時學生操作都很小心，要防止混入雜菌，否則會導致釀酒失敗。

第5課時：需在5 d后（即釀酒第七天）開設，學生進入實驗室觀察自己的釀酒瓶，已經出現了分三層現象。各組小心地進行了皮渣分離工作，蓋上瓶蓋密封，為下一步陳釀做準備。此后，每天2次開蓋放氣工作，每個組都會派代表在特定時間來觀察完成。最后，在釀酒室中進行長達30 d的最后陳釀。30 d后，學生分組品酒互評打分，有些小組由于混入雜菌釀酒失敗，酒的味道偏酸，教師組織學生分析失敗原因。

3.4利用酵母菌發面蒸饅頭（共2課時）

第6課時：主要由教師通過多媒體課件講解酵母菌發面的原理及優點，并播放教師利用酵母菌發面的方法步驟，然后學生動手操作發面過程。

（1）酵母菌發面原理：酵母菌在面團中分解有機物釋放二氧化碳時，產生的氣體使面團變得蓬松。其中，面粉是由蛋白質、糖類、無機鹽等成分組成的，在面包發酵過程中，起主要作用的是蛋白質和糖類。面粉中的蛋白質主要由麥膠蛋白、麥谷蛋白、麥清蛋白和麥球蛋白等組成，麥谷蛋白、麥膠蛋白能吸水膨脹形成面筋質。這種面筋質能隨面團發酵過程中二氧化碳氣體的膨脹而膨脹，并能阻止二氧化碳氣體的溢出，提高面團的保氣能力;淀粉中所含的淀粉酶在適宜的條件下，能將淀粉轉化為麥芽糖，進而繼續轉化為葡萄糖供給酵母發酵所需要的能量。面團中淀粉的轉化作用對酵母的生長具有重要作用。當面團加入酵母菌后，酵母菌即可吸收面團中的養分生長繁殖，并產生二氧化碳氣體，使面團形成膨大、松軟、蜂窩狀的組織結構。如果酵母菌用量過多，面團中產氣量增多，面團內的氣孔壁迅速變薄，短時間內面團持氣性很好，但時間延長后，面團很快成熟過度，持氣性變劣。因此，酵母菌的用量要根據面筋品質和制品需要而定。水可以使面粉中的蛋白質充分吸水，形成面筋網絡;也可以使面粉中的淀粉受熱吸水而糊化;還可以促進淀粉酶對淀粉進行分解，幫助酵母生長繁殖。

（2）酵母菌發面優點：酵母菌發酵，不僅讓面食味道好，還提高了它的營養價值。酵母菌是一種可食用的、營養豐富的單細胞微生物，營養學上把它叫做“取之不盡的營養源”。除了蛋白質、碳水化合物、脂類以外，酵母還富含多種維生素、礦物質和酶類。因此，饅頭、面包中所含的營養成分比大餅、面條要高出3或4倍。發酵后的酵母還是一種很強的抗氧化物，可以保護肝臟，有一定的解毒作用。酵母里的硒、鉻等礦物質能抗衰老、抗腫瘤、預防動脈硬化，并提高人體的免疫力。發酵后，面粉里一種影響鈣、鎂、鐵等元素吸收的有機酸可被分解，從而提高人體對這些營養物質的吸收和利用。

（3）發面過程：用水先活化酵母菌（選擇35%溫水和15%冷水便于對比），加適量面粉（0.2 kg），和面使水、酵母粉、面粉混合均勻，靜置25 min后，觀察面團發起的情況。為檢驗實際效果，面發好后做成饅頭，熱水蒸15 min左右，對比饅頭蒸起的效果。

第7課時：觀察對比相同質量的面粉在用不同溫度（15%和35℃）的水和面、發面25 min后的效果。接著，學生把發好的面做成饅頭，待饅頭蒸熟后，進行對比。組內討論后，學生總結出“溫水和面”利用酵母菌發酵，并能在總結原因時聯系到“溫度對酶活性的影響”的知識。最后，學生分吃了自己的勞動成果。

4課程的意義

“酵母菌的應用”校本課程，主要讓學生聯系所學生物學知識，進一步認識酵母菌及人類對酵母菌的利用，讓學生體驗身邊的生活、生產中發生的生物學變化。學生親身體驗了“家庭葡萄酒的釀制”，在今后的生活中若能學以致用，將增加生活中的別樣情趣，因此，有極大的熱情。讓學生親自動手體驗酵母菌在“發面蒸饅頭”這項家務中的應用，培養學生將學科知識應用到生活實際中的能力，培養學生熱愛家庭、熱愛勞動、熱愛生活的情感。

總之，這項課程的開設不僅是對生物學課堂教學的有益補充，還有助于提高學生的生物學學科核心素養。